RU2816290C1 - Method of measuring voltage of electromagnetic field - Google Patents
Method of measuring voltage of electromagnetic field Download PDFInfo
- Publication number
- RU2816290C1 RU2816290C1 RU2023112658A RU2023112658A RU2816290C1 RU 2816290 C1 RU2816290 C1 RU 2816290C1 RU 2023112658 A RU2023112658 A RU 2023112658A RU 2023112658 A RU2023112658 A RU 2023112658A RU 2816290 C1 RU2816290 C1 RU 2816290C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- point
- distance
- hologram
- electromagnetic field
- plane
- Prior art date
Links
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 title claims abstract description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 21
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000005210 holographic interferometry Methods 0.000 claims abstract description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 7
- 230000010356 wave oscillation Effects 0.000 claims description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 15
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 4
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 2
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 2
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 2
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиоизмерений, точнее - к измерению переменных электромагнитных полей, и предназначено для использования в измерителях электромагнитного поля, не требующих периодической поверки от внешнего источника стандартного электромагнитного поля.The invention relates to the field of radio measurements, more precisely, to the measurement of alternating electromagnetic fields, and is intended for use in electromagnetic field meters that do not require periodic verification from an external source of a standard electromagnetic field.
Известны различные методы измерения напряженности магнитных составляющих переменных электромагнитных полей. В частности, в книге Е.Т. Чернышева, Н. Г. Чернышева и др. "Магнитные измерения", Москва, изд. Стандарты, 1969, стр. 32-36 описан метод измерения путем преобразования напряженности магнитной составляющей электромагнитного поля в переменное напряжение, причем величина переменного напряжения пропорциональна напряженности магнитной составляющей электромагнитного поля. При этом в зависимости от назначения измерительные преобразователи отличаются геометрическими размерами, количеством витков и формой (цилиндрические, в виде шара, квадратного, прямоугольного сечения каркасов).Various methods are known for measuring the strength of the magnetic components of alternating electromagnetic fields. In particular, in the book by E.T. Chernysheva, N.G. Chernysheva and others. “Magnetic measurements”, Moscow, ed. Standards, 1969, pp. 32-36 describes a measurement method by converting the strength of the magnetic component of the electromagnetic field into alternating voltage, and the magnitude of the alternating voltage is proportional to the strength of the magnetic component of the electromagnetic field. Moreover, depending on the purpose, measuring transducers differ in geometric dimensions, number of turns and shape (cylindrical, spherical, square, rectangular frame cross-section).
Наиболее распространенная структурная схема измерителя переменного электромагнитного поля представляет собой последовательно соединенные основная антенна (обратимый преобразователь электромагнитного поля в электрический сигнал) 1, регулируемый усилитель 2, детектор 3 и показывающий прибор 4. При этом основная антенна (обратимый преобразователь) 1 обычно выполнена по возможности точечной. Эта схема представлена на чертеже и подробно описана, например, в В.В. Панин, Б.И. Степанов "Измерение импульсных магнитных и электрических помех", М.: Энергоатомиздат, 1983, стр. 32.The most common structural diagram of an alternating electromagnetic field meter is a series-connected main antenna (reversible converter of the electromagnetic field into an electrical signal) 1, adjustable amplifier 2, detector 3 and indicating device 4. In this case, the main antenna (reversible converter) 1 is usually made as point-like as possible . This diagram is presented in the drawing and described in detail, for example, in V.V. Panin, B.I. Stepanov "Measurement of pulsed magnetic and electrical interference", M.: Energoatomizdat, 1983, p. 32.
Известен способ измерения напряженности магнитного поля, основанный на использовании магниторезистивного эффекта, в котором о напряженности измеряемого поля судят по величине активного электросопротивления, помещенного в это поле токопроводящего чувствительного элемента [1] Однако известный способ требует использования относительно сложной регистрирующей аппаратуры, что обусловлено небольшой величиной магниторезистивного эффекта, не превышающего, например, для ферромагнитных материалов нескольких процентов. В последнее время, после открытия так называемого гигантского магниторезистивного эффекта, появилась возможность получения более эффективных магниторезистивных сенсоров, однако это требует использования сложных и дорогих технологий.There is a known method for measuring magnetic field strength, based on the use of a magnetoresistive effect, in which the strength of the measured field is judged by the value of the active electrical resistance placed in this field of a current-conducting sensitive element [1]. However, the known method requires the use of relatively complex recording equipment, which is due to the small value of the magnetoresistive an effect not exceeding, for example, several percent for ferromagnetic materials. Recently, after the discovery of the so-called giant magnetoresistive effect, it has become possible to obtain more efficient magnetoresistive sensors, but this requires the use of complex and expensive technologies.
Известен способ измерения напряженности магнитного поля, в котором искомую величину определяют по индуктивности или индуктивному сопротивлению помещенного в магнитное поле датчика, содержащего чувствительный элемент из ферромагнитного материала, магнитная проницаемость которого зависит от напряженности внешнего магнитного поля [2] Недостатком известного способа является необходимость использования датчиков достаточно сложной конструкции, которая помимо чувствительного элемента, включает в себя, по меньшей мере, одну катушку индуктивности, имеющую с этим элементом магнитную связь.There is a known method for measuring magnetic field strength, in which the desired value is determined by the inductance or inductive resistance of a sensor placed in a magnetic field, containing a sensitive element made of ferromagnetic material, the magnetic permeability of which depends on the strength of the external magnetic field [2]. The disadvantage of the known method is the need to use sensors sufficiently of a complex design, which, in addition to the sensitive element, includes at least one inductor having a magnetic connection with this element.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и совокупности существенных признаков является способ измерения напряженности магнитного поля, основанный на изменении эффективного сопротивления проводника с током, расположенного поперек силовых линий измеряемого магнитного поля, за счет ЭДС индукции, возникающей в этом проводнике при движении его в измеряемом поле под воздействием силы Лоренса [3] Это явление не проявляется при расположении проводника вдоль силовых линий магнитного поля или его механической фиксации, кроме того, оно не зависит от материала проводника.The closest to the proposed one in terms of technical essence and set of essential features is a method for measuring magnetic field strength, based on changing the effective resistance of a current-carrying conductor located across the lines of force of the measured magnetic field, due to the induced emf arising in this conductor when it moves in the measured field under the influence of the Lawrence force [3] This phenomenon does not appear when the conductor is positioned along the magnetic field lines or when it is mechanically fixed; moreover, it does not depend on the material of the conductor.
Однако и этот способ требует использования относительно сложной регистрирующей аппаратуры, а также низкая точность измерения.However, this method also requires the use of relatively complex recording equipment, as well as low measurement accuracy.
Наиболее близким к заявляемому способу является измеритель, приведенный в Патенте РФ №2152624 от 2000 г. (прототип).The closest to the claimed method is the meter given in RF Patent No. 2152624 of 2000 (prototype).
Измеритель напряженности магнитной составляющей электромагнитного поля содержит последовательно соединенные основную антенну, регулируемый усилитель, детектор, показывающий прибор, калибровочную антенну, подключенную к выходу калибровочного генератора, калибровочный генератор выполнен регулируемым, калибровочная антенна размещена возможно ближе и симметрично основной антенне, например, витки обмотки калибровочной антенны размещены поверх или между витками обмотки основной антенны - равномерно и симметрично относительно ее витков.The strength meter of the magnetic component of the electromagnetic field contains a series-connected main antenna, an adjustable amplifier, a detector, an indicating device, a calibration antenna connected to the output of the calibration generator, the calibration generator is made adjustable, the calibration antenna is placed as close as possible and symmetrically to the main antenna, for example, the turns of the winding of the calibration antenna placed on top or between the turns of the main antenna winding - evenly and symmetrically relative to its turns.
Однако перечисленные средства и меры дороги, усложняют прибор, процесс измерений и не устраняют полностью сомнения в точности проведенных измерений.However, the listed means and measures are expensive, complicate the device and the measurement process and do not completely eliminate doubts about the accuracy of the measurements.
Целью изобретения является повышения точности и удобства измерений.The purpose of the invention is to improve the accuracy and convenience of measurements.
Поставленная цель выполняется тем, что способ измерения напряженности электромагнитного поля, заключается в том, что в качестве чувствительного элемента измерения напряженности магнитного поля используются магнитодиоды, а для улучшения чувствительности применяется метод голографической интерферометрии.This goal is achieved by the fact that the method of measuring the strength of the electromagnetic field is that magnetodiodes are used as a sensitive element for measuring the strength of the magnetic field, and the method of holographic interferometry is used to improve sensitivity.
Заявляемый способ реализуют, следующим образом.The inventive method is implemented as follows.
На фиг. 1 представлено устройство, которое состоит из калибровочной антенны 1, подключенной к выходу калибровочного генератора 2 и последовательно соединенных магнитодиода 3, фильтра 4, усилителя-корректора 5, интерференционно-голографической системы 6, измерительного прибора 7. Калибровочный генератор выполнен перестраиваемым. Антенна расположена как можно ближе к магнитодиоду. Результат заключается в повышении чувствительности и удобства измерений. Кроме того, отпадает необходимость в периодической поверке измерителя в стационарных условиях специализированного центра.In fig. Figure 1 shows a device that consists of a calibration antenna 1 connected to the output of a calibration generator 2 and a series-connected magnetodiode 3, a filter 4, a corrector amplifier 5, an interference holographic system 6, a measuring device 7. The calibration generator is tunable. The antenna is located as close as possible to the magnetodiode. The result is increased sensitivity and ease of measurement. In addition, there is no need for periodic verification of the meter in the stationary conditions of a specialized center.
Устройство способа работает следующим образом. Вначале, при установке чувствительности измерителя, на магнитодиод 3 воздействуют стандартным равномерным переменным электромагнитным полем заданной напряженности формируемого, например, кольцами Максвелла. Бэрк Г. Справочное пособие по магнитным явлениям. - М.: Энергоатомиздат, 1991, с. 274-276, 302-303. Данное поле магнитодиодом преобразуется в электрический сигнал, который усиливается регулируемыми усилителями 5 и 6, и подается на прибор 7. Изменяя усиление устройств 5 и 6 на измерительном приборе 7, устанавливают значение, соответствующее заданной напряженности внешнего стандартного электромагнитного поля. Затем отключают внешний генератор и включают калибровочный регулируемый генератор 2. Частота генератора такая же, как у внешнего генератора стандартного поля. Выходное напряжение регулируемого генератора 2 поступает на антенну 1 и образует вокруг калибровочной антенны электромагнитное поле. Напряженность поля, созданного генератором 2 и антенной 1, воздействует на магнитодиод 3 и преобразуется в нем в соответствующий электрический сигнал. Этот сигнал усиливается регулируемыми усилителями 5 и 6 и передается на измерительный прибор 7.The method device works as follows. First, when setting the sensitivity of the meter, the magnetodiode 3 is exposed to a standard uniform alternating electromagnetic field of a given strength, formed, for example, by Maxwell rings. Burke G. Reference manual on magnetic phenomena. - M.: Energoatomizdat, 1991, p. 274-276, 302-303. This field is converted by a magnetodiode into an electrical signal, which is amplified by adjustable amplifiers 5 and 6, and fed to device 7. By changing the gain of devices 5 and 6 on measuring device 7, the value corresponding to the specified strength of the external standard electromagnetic field is set. Then the external generator is turned off and the calibration adjustable generator 2 is turned on. The frequency of the generator is the same as that of the external standard field generator. The output voltage of the adjustable generator 2 is supplied to antenna 1 and forms an electromagnetic field around the calibration antenna. The field strength created by the generator 2 and antenna 1 acts on the magnetodiode 3 and is converted into a corresponding electrical signal. This signal is amplified by adjustable amplifiers 5 and 6 and transmitted to the measuring device 7.
Изменяя амплитуду выходного сигнала генератора 2, добиваются таких значений измерительного прибора 7, которые были на нем при воздействии стандартного внешнего электромагнитного поля заданной напряженности. Эти значения перестраиваемого генератора 2 фиксируют. При этом, созданное поле отличается от равномерного стандартного, но оно эквивалентно ему и вызывает в магнитодиоде такой же электрический сигнал. Калибровка измерителя используется для осуществления постоянной и своевременной коррекции изменений, связанных со старением, температурой, давлением и тряской.By changing the amplitude of the output signal of the generator 2, the values of the measuring device 7 are achieved that were on it when exposed to a standard external electromagnetic field of a given strength. These values of the tunable generator 2 are fixed. In this case, the created field differs from the uniform standard one, but it is equivalent to it and causes the same electrical signal in the magnetodiode. Meter calibration is used to provide continuous and timely correction for changes due to aging, temperature, pressure and vibration.
При эксплуатации, перед измерением, вначале экранируют измеритель и калибруют его. После этого, изменяя усиление перестраиваемых усилителей 5 и 6, устанавливают значения измерительного прибора 7, равное значениям при первичной установке чувствительности. После этого выключают калибровочный генератор 2 и производят измерение.During operation, before measurement, the meter is first shielded and calibrated. After this, by changing the gain of tunable amplifiers 5 and 6, the values of the measuring device 7 are set equal to the values when the sensitivity was initially set. After this, the calibration generator 2 is turned off and the measurement is performed.
Распределение интенсивности поля в интерферрограмме усилителя 6 фиг. 2, формируемого в плоскости линейки фотоприемных устройств, при наличии измеряемого сигнала (Iгл) можно определить, как:Field intensity distribution in the interferrogram of amplifier 6 Fig. 2, formed in the plane of the line of photodetectors, in the presence of a measured signal (Ihl) can be determined as:
где:Where:
b0 - член, характеризующий постоянный световой фон в плоскости главного изображения;b 0 - term characterizing the constant light background in the plane of the main image;
b1 - член, характеризующий амплитуду колебаний волны;b 1 - term characterizing the amplitude of wave oscillations;
j - мнимая единица;j - imaginary unit;
k - волновое число;k - wave number;
х - значение координаты по оси ОХ;x - coordinate value along the OX axis;
L - расстояние от точки О зеркала до точки N по оси OZ (расстояние между голограммой и отражательным зеркалом);L is the distance from point O of the mirror to point N along the OZ axis (the distance between the hologram and the reflective mirror);
R - расстояние от точки наблюдения S1 до точки N по оптической оси OZ (оптическая ось перпендикулярна плоскости голограммы);R is the distance from observation point S 1 to point N along the optical axis OZ (the optical axis is perpendicular to the hologram plane);
α - угол между голограммой и зеркалом;α is the angle between the hologram and the mirror;
ΔR - расстояние, на которое осуществляется перемещение точечного источника из S1 в S1'.ΔR is the distance over which the point source moves from S 1 to S 1 '.
На фиг.2 обозначено:Figure 2 indicates:
S1' - член, характеризующий положение точечного источника S1 после его перемещения вдоль оптической оси;S 1 ' - term characterizing the position of the point source S 1 after it moves along the optical axis;
S2' - зеркальное отражение точки S2;S 2 ' - mirror image of point S 2 ;
r1i - расстояние от S1 в плоскости XOZ до произвольной точки на голограмме;r 1i - distance from S 1 in the XOZ plane to an arbitrary point on the hologram;
r2i - расстояние от S2 в плоскости XOZ до произвольной точки на голограмме;r 2i - distance from S 2 in the XOZ plane to an arbitrary point on the hologram;
r'1i - расстояние от S1' в плоскости XOZ до произвольной точки на голограмме;r' 1i - distance from S 1 ' in the XOZ plane to an arbitrary point on the hologram;
r'2i. - расстояние от S2' в плоскости XOZ до произвольной точки на голограмме;r' 2i . - distance from S 2 ' in the XOZ plane to an arbitrary point on the hologram;
L - расстояние от точки О зеркала до точки N по оси OZ (расстояние между голограммой и отражательным зеркалом);L is the distance from point O of the mirror to point N along the OZ axis (the distance between the hologram and the reflective mirror);
R - расстояние от точки наблюдения S1 до точки N по оптической оси OZ (оптическая ось перпендикулярна плоскости голограммы);R is the distance from observation point S 1 to point N along the optical axis OZ (the optical axis is perpendicular to the hologram plane);
ΔR - расстояние, на которое осуществляется перемещение точечного источника поля из S1 в S1';ΔR is the distance over which the point source of the field moves from S 1 to S 1 ';
α - угол между голограммой и зеркалом;α is the angle between the hologram and the mirror;
АВ - голограмма;AB - hologram;
AD - отражательное зеркало.AD - reflective mirror.
Калибровка измерителя используется для осуществления постоянной и своевременной коррекции изменений, связанных со старением, температурой, давлением и тряской.Meter calibration is used to provide continuous and timely correction for changes due to aging, temperature, pressure and vibration.
Применение рассмотренного выше способа измерения напряженности магнитной составляющей электромагнитного поля позволит существенно повысить точность и удобство измерений, даст возможность создавать высокочувствительные, малогабаритные, сравнительно простые в эксплуатации приборы, обеспечивающие возможность сопряжения с различными устройствами вывода и наглядности информации.The use of the method discussed above for measuring the strength of the magnetic component of the electromagnetic field will significantly improve the accuracy and convenience of measurements, and will make it possible to create highly sensitive, small-sized, relatively easy-to-use devices that provide the ability to interface with various output devices and visualize information.
Claims (11)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2816290C1 true RU2816290C1 (en) | 2024-03-28 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2152624C1 (en) * | 1998-04-21 | 2000-07-10 | Железняк Владимир Кириллович | Variable electromagnetic field magnetic- component intensity meter |
| RU2168732C1 (en) * | 2000-01-06 | 2001-06-10 | Поволжская государственная академия телекоммуникаций и информатики | Technique determining level of electromagnetic radiation |
| RU2184980C1 (en) * | 2001-11-12 | 2002-07-10 | Рембовский Анатолий Маркович | Procedure measuring intensity of electromagnetic field of radio signals and device for its implementation |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2152624C1 (en) * | 1998-04-21 | 2000-07-10 | Железняк Владимир Кириллович | Variable electromagnetic field magnetic- component intensity meter |
| RU2168732C1 (en) * | 2000-01-06 | 2001-06-10 | Поволжская государственная академия телекоммуникаций и информатики | Technique determining level of electromagnetic radiation |
| RU2184980C1 (en) * | 2001-11-12 | 2002-07-10 | Рембовский Анатолий Маркович | Procedure measuring intensity of electromagnetic field of radio signals and device for its implementation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7495433B2 (en) | Device for detecting defects in electrically conductive materials in a nondestructive manner | |
| US3783370A (en) | Method and circuit for compensating barkhausen signal measurements in magnetic materials having a variable geometry | |
| CN110441718B (en) | Broadband induction type magnetic field sensor | |
| US3621382A (en) | Anistropic thin ferromagnetic film magnetometer | |
| RU2816290C1 (en) | Method of measuring voltage of electromagnetic field | |
| GB2481845A (en) | EM receiver with fibre-optic voltage sensor for sea bed logging | |
| CN111505556B (en) | Method for measuring probe noise in fluxgate sensor | |
| US6344743B1 (en) | Standing wave magnetometer | |
| CN210864010U (en) | Wide-band induction type magnetic field sensor | |
| EP0246780A2 (en) | Magnetic field direction indicating devices | |
| RU2164028C2 (en) | Procedure measuring intensity of electromagnetic field | |
| RU2152624C1 (en) | Variable electromagnetic field magnetic- component intensity meter | |
| Sokol-Kutylovskii | Magnetomodulation sensors based on amorphous ferromagnetic alloys | |
| He et al. | High sensitive magnetic sensor with amorphous wire | |
| RU2737030C1 (en) | Hysteresis loop meter for study of thin magnetic films | |
| US3262309A (en) | Strain gage | |
| SU901959A1 (en) | Device for measuring ferromagnetic material static magnetic characteristics | |
| RU2031404C1 (en) | Ultrasonic device for inspection of ferromagnetic articles | |
| SU540228A1 (en) | Relative permeability measurement method | |
| SU1420510A1 (en) | Method of electromagnetic inspection of ferromagnetic materials | |
| SU468204A1 (en) | Device for measuring the parameters of thin magnetic films | |
| SU1045181A1 (en) | Device for measuring ferromagnetic material static magnetic characteristics | |
| RU2152623C1 (en) | Variable electromagnetic field electrical- component intensity meter | |
| SU549766A1 (en) | Device for detecting metal objects | |
| SU864105A1 (en) | Method of measuring electroconductive media parameters |